高强铝合金振荡扫描激光束-电弧复合焊接工艺与机理研究
发布时间：2021-05-14 08:55
铝合金是重要的结构轻量化材料,广泛应用于飞机、汽车、高速列车制造行业。但是因为特殊的物理化学特性,其激光焊缝冶金缺陷,尤其是气孔缺陷难以消除,很难获得理想的接头性能。如何实现铝合金的高质量、高效率激光焊接,一直是焊接领域的研究热点。激光-电弧复合焊接能够利用两种热源的相互作用得到高质量的铝合金焊缝,但是必须采用大电弧电流来抑制焊缝气孔,导致热输入较大,接头强韧性不理想等系列问题。为此,本文提出铝合金振荡扫描激光束-电弧复合焊接新方法,尝试利用激光束的振荡扫描行为来改善这一现状,提升铝合金复合焊接稳定性和接头质量,重点研究了激光束扫描行为对焊缝形貌、气孔缺陷、组织性能,以及等离子体相互作用和熔池冶金行为的影响规律,主要结果如下:实验研究了三种激光束扫描模式（横向、纵向和圆形）,及扫描振幅和频率对焊缝成形和工艺稳定性的影响规律,发现横向扫描焊缝表面成形缺陷以颗粒直径小于0.3mm的小颗粒飞溅带为主,伴随少量颗粒直径大于0.3 mm的大颗粒飞溅;纵向扫描焊缝表面容易形成大颗粒飞溅和粗大的鱼鳞纹;圆形扫描焊缝表面成形质量最高,焊缝表面缺陷最少。其次,扫描参量对横向和圆形扫描焊缝的截面成形影响较...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 铝合金特性及主要焊接技术
1.3 振荡扫描激光焊接技术
1.4 本课题的研究目标、内容
2 试验系统平台与检测方法
2.1 试验材料
2.2 振荡扫描激光-MIG复合焊接设备和工艺方法
2.3 焊接过程物理信息采集设备及方法
2.4 焊缝气孔检测方法
2.5 焊缝微观组织表征和接头力学性能分析
2.6 本章小结
3 激光束扫描行为对复合焊缝成形的影响规律
3.1 引言
3.2 试验和分析方法
3.3 扫描参量对焊缝表面成形特征的影响
3.4 扫描参量对焊缝截面成形特征的影响
3.5 结果讨论及扫描参量优化方案
3.6 本章小结
4 激光束扫描行为对等离子体相互作用和熔滴过渡的影响规律
4.1 引言
4.2 试验和分析方法
4.3 扫描模式对等离子体相互作用和熔滴过渡的影响
4.4 扫描振幅对等离子体相互作用和熔滴过渡的影响
4.5 扫描频率对等离子体相互作用和熔滴过渡的影响
4.6 本章小结
5 激光束扫描行为对焊缝气孔的影响规律及其抑制机理
5.1 引言
5.2 试验和分析方法
5.3 扫描参量对焊缝气孔率的影响
5.4 消除气孔的工艺参数阈值
5.5 无扫描复合焊气孔形成机理
5.6 光束振荡扫描抑制气孔机理
5.7 本章小结
6 激光束扫描行为对复合焊缝组织的影响
6.1 引言
6.2 试验和分析方法
6.3 激光扫描搅拌效应对溶质宏观偏析的影响
6.4 激光束扫描对AA2219铝合金焊缝微观组织的影响
6.5 激光束扫描对AA6082铝合金焊缝微观组织的影响
6.6 焊缝微观组织演变机理
6.7 本章小结
7 激光束扫描行为对复合焊缝力学性能的影响
7.1 引言
7.2 AA6082铝合金焊缝力学性能与断裂行为
7.3 AA2219铝合金焊缝拉伸性能与断裂行为
7.4 本章小结
8 全文总结与展望
8.1 主要结论
8.2 研究展望
致谢
参考文献
附录Ⅰ 攻读博士学位期间发表的论文及申请的专利
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光-电弧复合焊过程的熔滴过渡特征与受力分析[J]. 徐春鹰,刘双宇,张宏,李彦清,刘凤德. 机械工程学报. 2018(06)
[2]激光诱导击穿光谱技术成分面扫描分析与应用[J]. 陈启蒙,杜敏,郝中骐,邹孝恒,李嘉铭,易荣兴,李祥友,陆永枫,曾晓雁. 光谱学与光谱分析. 2016(05)
[3]铝合金激光-MIG复合焊接头性能研究[J]. 张德芬,王同举,刘奉麟,杨阳,李曾珍,谭盖,王松,孙宇良. 激光与红外. 2015(06)
[4]激光-电弧复合焊接及应用于车身制造的进展[J]. 宋新华,金湘中,陈胜迁,袁江,张明军. 激光技术. 2015(02)
[5]激光扫描焊接工艺对铝合金焊接气孔率的影响[J]. 周立涛,王旭友,王威,王诗洋. 焊接学报. 2014(10)
[6]激光扫描焊接技术的研究现状[J]. 陈晓宇,王旭友,周立涛,张学鹏,陈燕. 机械制造文摘(焊接分册). 2014(04)
[7]铝合金激光-短路过渡熔化极惰性气体保护焊复合焊焊缝成形改善[J]. 蔡笑宇,李桓,杨立军,高莹. 中国激光. 2014(05)
[8]铝合金激光-MIG复合焊接气孔缺陷研究[J]. 黎硕,王军,杨上陆,王春明,胡席远,陈志春,唐舵. 应用激光. 2013(06)
[9]2219高强铝合金超快变换VPTIG焊缝组织和性能[J]. 从保强,齐铂金,周兴国,罗军. 焊接学报. 2010(04)
[10]激光与电弧间距对激光复合焊熔滴过渡的影响[J]. 胡连海,黄坚,庄凯,赵福辰,吴毅雄. 焊接学报. 2010(02)
博士论文
[1]铝合金激光—电弧复合焊接等离子体光谱诊断及接头强化机制研究[D]. 张臣.华中科技大学 2014
[2]铝合金光纤激光及其复合焊接的等离子体行为与工艺研究[D]. 王军.华中科技大学 2012
[3]6082-T6铝合金高铁结构件双丝MIG焊连接技术基础研究[D]. 阮野.吉林大学 2012
[4]光纤激光—电弧复合焊接高强铝合金工艺、缺陷产生与质量控制[D]. 严军.华中科技大学 2011
[5]CO2激光—电弧复合焊接工艺、机理及质量控制规律研究[D]. 高明.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]42CrMoA中碳调质钢扫描激光-MAG复合焊接特性研究[D]. 张甫.机械科学研究总院 2016
[2]光纤激光焦点旋转和垂直振动焊接方法及装置研究[D]. 官祥威.北京工业大学 2016
[3]5A06铝合金光纤激光-MIG电弧复合焊接工艺研究[D]. 周逸凡.湖南大学 2016
[4]5083铝合金光纤激光—电弧复合焊接工艺特性研究[D]. 周得刚.西南交通大学 2015
[5]激光-MAG复合摆动焊的焊接特性研究[D]. 陈新亚.哈尔滨工业大学 2014
[6]6061铝合金大功率固体激光扫描焊接气孔抑制工艺研究[D]. 周立涛.机械科学研究总院 2014
[7]高强铝合金搅拌摩擦焊焊接机理及工艺研究[D]. 张施楠.南京理工大学 2012
[8]YAG激光－MIG电弧复合焊热源相互作用及熔滴过渡研究[D]. 许贞龙.天津大学 2010
[9]LY12铝合金激光-电弧复合焊接工艺研究[D]. 来建.华中科技大学 2009
本文编号：3185365
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 铝合金特性及主要焊接技术
1.3 振荡扫描激光焊接技术
1.4 本课题的研究目标、内容
2 试验系统平台与检测方法
2.1 试验材料
2.2 振荡扫描激光-MIG复合焊接设备和工艺方法
2.3 焊接过程物理信息采集设备及方法
2.4 焊缝气孔检测方法
2.5 焊缝微观组织表征和接头力学性能分析
2.6 本章小结
3 激光束扫描行为对复合焊缝成形的影响规律
3.1 引言
3.2 试验和分析方法
3.3 扫描参量对焊缝表面成形特征的影响
3.4 扫描参量对焊缝截面成形特征的影响
3.5 结果讨论及扫描参量优化方案
3.6 本章小结
4 激光束扫描行为对等离子体相互作用和熔滴过渡的影响规律
4.1 引言
4.2 试验和分析方法
4.3 扫描模式对等离子体相互作用和熔滴过渡的影响
4.4 扫描振幅对等离子体相互作用和熔滴过渡的影响
4.5 扫描频率对等离子体相互作用和熔滴过渡的影响
4.6 本章小结
5 激光束扫描行为对焊缝气孔的影响规律及其抑制机理
5.1 引言
5.2 试验和分析方法
5.3 扫描参量对焊缝气孔率的影响
5.4 消除气孔的工艺参数阈值
5.5 无扫描复合焊气孔形成机理
5.6 光束振荡扫描抑制气孔机理
5.7 本章小结
6 激光束扫描行为对复合焊缝组织的影响
6.1 引言
6.2 试验和分析方法
6.3 激光扫描搅拌效应对溶质宏观偏析的影响
6.4 激光束扫描对AA2219铝合金焊缝微观组织的影响
6.5 激光束扫描对AA6082铝合金焊缝微观组织的影响
6.6 焊缝微观组织演变机理
6.7 本章小结
7 激光束扫描行为对复合焊缝力学性能的影响
7.1 引言
7.2 AA6082铝合金焊缝力学性能与断裂行为
7.3 AA2219铝合金焊缝拉伸性能与断裂行为
7.4 本章小结
8 全文总结与展望
8.1 主要结论
8.2 研究展望
致谢
参考文献
附录Ⅰ 攻读博士学位期间发表的论文及申请的专利
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光-电弧复合焊过程的熔滴过渡特征与受力分析[J]. 徐春鹰,刘双宇,张宏,李彦清,刘凤德. 机械工程学报. 2018(06)
[2]激光诱导击穿光谱技术成分面扫描分析与应用[J]. 陈启蒙,杜敏,郝中骐,邹孝恒,李嘉铭,易荣兴,李祥友,陆永枫,曾晓雁. 光谱学与光谱分析. 2016(05)
[3]铝合金激光-MIG复合焊接头性能研究[J]. 张德芬,王同举,刘奉麟,杨阳,李曾珍,谭盖,王松,孙宇良. 激光与红外. 2015(06)
[4]激光-电弧复合焊接及应用于车身制造的进展[J]. 宋新华,金湘中,陈胜迁,袁江,张明军. 激光技术. 2015(02)
[5]激光扫描焊接工艺对铝合金焊接气孔率的影响[J]. 周立涛,王旭友,王威,王诗洋. 焊接学报. 2014(10)
[6]激光扫描焊接技术的研究现状[J]. 陈晓宇,王旭友,周立涛,张学鹏,陈燕. 机械制造文摘(焊接分册). 2014(04)
[7]铝合金激光-短路过渡熔化极惰性气体保护焊复合焊焊缝成形改善[J]. 蔡笑宇,李桓,杨立军,高莹. 中国激光. 2014(05)
[8]铝合金激光-MIG复合焊接气孔缺陷研究[J]. 黎硕,王军,杨上陆,王春明,胡席远,陈志春,唐舵. 应用激光. 2013(06)
[9]2219高强铝合金超快变换VPTIG焊缝组织和性能[J]. 从保强,齐铂金,周兴国,罗军. 焊接学报. 2010(04)
[10]激光与电弧间距对激光复合焊熔滴过渡的影响[J]. 胡连海,黄坚,庄凯,赵福辰,吴毅雄. 焊接学报. 2010(02)
博士论文
[1]铝合金激光—电弧复合焊接等离子体光谱诊断及接头强化机制研究[D]. 张臣.华中科技大学 2014
[2]铝合金光纤激光及其复合焊接的等离子体行为与工艺研究[D]. 王军.华中科技大学 2012
[3]6082-T6铝合金高铁结构件双丝MIG焊连接技术基础研究[D]. 阮野.吉林大学 2012
[4]光纤激光—电弧复合焊接高强铝合金工艺、缺陷产生与质量控制[D]. 严军.华中科技大学 2011
[5]CO2激光—电弧复合焊接工艺、机理及质量控制规律研究[D]. 高明.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]42CrMoA中碳调质钢扫描激光-MAG复合焊接特性研究[D]. 张甫.机械科学研究总院 2016
[2]光纤激光焦点旋转和垂直振动焊接方法及装置研究[D]. 官祥威.北京工业大学 2016
[3]5A06铝合金光纤激光-MIG电弧复合焊接工艺研究[D]. 周逸凡.湖南大学 2016
[4]5083铝合金光纤激光—电弧复合焊接工艺特性研究[D]. 周得刚.西南交通大学 2015
[5]激光-MAG复合摆动焊的焊接特性研究[D]. 陈新亚.哈尔滨工业大学 2014
[6]6061铝合金大功率固体激光扫描焊接气孔抑制工艺研究[D]. 周立涛.机械科学研究总院 2014
[7]高强铝合金搅拌摩擦焊焊接机理及工艺研究[D]. 张施楠.南京理工大学 2012
[8]YAG激光－MIG电弧复合焊热源相互作用及熔滴过渡研究[D]. 许贞龙.天津大学 2010
[9]LY12铝合金激光-电弧复合焊接工艺研究[D]. 来建.华中科技大学 2009
本文编号：3185365
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